3405

Теплотехнический расчет теплопередач

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Задача №1. Расчет теплопередачи через плоскую многослойную стенку Плоская стальная стенка толщиной. Определить коэффициент теплопередачи k от газов к воде, плотность теплового потока q и температуры обеих поверхностей стенки, если известны коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке α1 и от стенки к воде α2, коэффициент теплопроводности стали λ....

Русский

2012-10-31

58.57 KB

276 чел.

Задача №1. Расчет теплопередачи через плоскую многослойную стенку

Плоская стальная стенка толщиной δс омывается с одной стороны горячими газами с температурой , а с другой стороны – водой с температурой .

Определить коэффициент теплопередачи k от газов к воде, плотность теплового потока q и температуры обеих поверхностей стенки, если известны коэффициенты теплоотдачи от газа к стенке α1 и от стенки к воде α2, коэффициент теплопроводности стали λ.

Определить также все указанные выше величины, если стенка со стороны воды покроется слоем накипи толщиной δн; коэффициент теплопроводности накипи .

Построить температурные графики в R,t и x,t - координатах.

Объяснить, в чем состоит вред отложения накипи на стальных поверхностях нагрева.

Исходные данные:

Решение

Выполним расчет для двух случаев:

  1.  при отсутствии накипи;
  2.  при наличии накипи.

  1.  Первый случай – чистая стальная стенка
  2.  Коэффициент теплопередачи:

  1.  Плотность теплового потока:

  1.  Температуры поверхностей:

Для определения температуры стенок и составим уравнения для плотности теплового потока. Так как тепловой поток один и тот же во всех  процессах, то получим следующие выражения:

  1.  плотность теплового потока от горячего газа к стенке по формуле    Ньютона – Рихмана:

  1.  Плотность теплового потока, обусловленная теплопроводностью через твёрдую стенку по закону Фурье:

  1.  плотность теплового потока от поверхности стенки к воде описывается законом Ньютона – Рихмана:

Из этих уравнений найдем соответствующие размерности температур:

Отсюда,

температура стенки со стороны газов:

температура стенки со стороны воды:


  1.  Второй случай – стальная стенка покрытая слоем накипи
  2.  Коэффициент теплопередачи:

  1.  Плотность теплового потока:

  1.  Температуры поверхностей:

Для определения температуры стенок  и составим уравнения для плотности теплового потока. Так как тепловой поток один и тот же во всех трёх процессах, то получим следующие выражения:

  1.  плотность теплового потока от горячего газа к стенке по формуле    Ньютона – Рихмана:

  1.  плотность теплового потока, обусловленная теплопроводностью через твёрдую стенку по закону Фурье:

  1.  плотность теплового потока, обусловленная теплопроводностью через слой накипи по закону Фурье:

  1.  плотность теплового потока от поверхности стенки к воде по формуле    Ньютона – Рихмана:

Из этих уравнений найдем соответствующие размерности температур:

Отсюда, температура стенки со стороны газов:

температура стенки со стороны накипи:

температура стенки со стороны воды:

  1.  Термическое сопротивление:

а) от газа к поверхности стенки:

б) стенки:

в) накипи:

г) от накипи к жидкости

Ответ:


Заключение

Теплопроводность накипи в десятки, а зачастую в сотни раз меньше теплопроводности стали, из которой изготовляют теплообменники. Поэтому даже тончайший слой накипи создаёт большое термическое сопротивление и может привести к такому перегреву труб паровых котлов и пароперегревателей, что в них образуются отдулины и свищи, часто вызывающие разрыв труб.

В решении задачи отражено, что температура стальной стенки со стороны газов, имеющая слой накипи толщиной 1 мм, нагревается на 4 градуса больше, чем чистая стальная стенка.


Задача №2. Расчет теплопередачи через

цилиндрическую многослойную стенку

Паропровод с наружным диаметром  и внутренним  покрыт двумя слоями тепловой изоляции с наружными диаметрами  и . Внутренний слой выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности ; наружный – из материала с . Коэффициент теплопроводности стенки паропровода . Температура пара  и окружающего воздуха . Коэффициенты теплоотдачи от пара к стенке ; от стенки к воздуху - .

Определить линейный коэффициент теплопередачи  линейную плотность теплового потока , общее линейное термическое сопротивление теплопередачи и температуры всех поверхностей.

Построить температурный график в d,t и R,t – координатах.

Примечание: задачу решать при условии, что длина паропровода значительно больше его толщины; лучистым теплообменом пренебречь.

Объяснить физический смысл коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи. От каких факторов зависит их величина.

Исходные данные:

Решение

  1.  Коэффициент теплопередачи:

  1.  Линейная плотность теплового потока:

  1.  Полное термическое сопротивление

  1.  Температуры поверхностей:

Температуры поверхностей соприкосновения паропровода со слоями изоляции найдем из уравнений плотности теплового потока:

  1.  от пара к внутренней поверхности паропровода по закону Ньютона -Рихмана:

  1.  от внутренней к наружной поверхности паропровода, обусловленная теплопроводностью по закону Фурье:

  1.  от наружной поверхности паропровода к первому слою изоляции по закону Фурье:

  1.  от первого слоя изоляции ко второму по закону Фурье:

Отсюда необходимые значения температур равны:

  1.  Термическое сопротивление:

а) от газа к поверхности трубы:

б) стенки:

в) первого изолятора:

г) второго изолятора:

д) от второго изолятора к окружающей среде:

Ответ:


Заключение

Коэффициент теплоотдачи α характеризует процесс передачи тепла от некоторого теплоносителя (жидкость или газ) к твердой стенке. Определяется параметрами данного теплоносителя (режим течения, скорость, теплофизические характеристики типа плотности, вязкости и теплопроводности), а также характеристиками той части стенки, которая омывается данным теплоносителем (характерный размер, наличие оребрения и т.д.).

Коэффициент теплопередачи k характеризует процесс передачи тепла между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку. Определяется коэффициентами теплоотдачи обоих теплоносителей и параметрами теплопередающей стенки (ее толщина и теплопроводность).

Разница между теплоотдачей α и теплопередачей k состоит в следующем. Суммарный перенос тепла складывается из нескольких стадий: стадия теплопереноса в первой среде, стадия теплопереноса от первой среды к стенке, стадия теплопереноса в самой стенке, стадия теплопереноса от стенки ко второй среде, стадия теплопереноса во второй среде. Коэффициенты теплоотдачи описывают отдельные стадии этого суммарного теплопереноса на стадии среда-стенка. А коэффициент теплопередачи описывает суммарный теплоперенос в целом со всеми его стадиями. По этой причине вначале всегда рассчитываются коэффициенты теплоотдачи α, а затем через них рассчитывается коэффициент теплопередачи k.


ЛИТЕРАТУРА

  1.  Кузовлев В. А.  Техническая термодинамика и основы теплопередачи. – М.: Высшая школа, 1983.
  2.  Луканин В. Н., Шатров М. Г., Камфер Г.М.  Теплотехника. – М.: Высшая школа, 1999.
  3.  Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977.
  4.  Чепикова Т.П., Теплотехника. Расчет и анализ газового цикла - Методическое пособие по теплотехнике: ЧТИ ИжГТУ, 2010.
  5.  Чепикова Т.П., Теплотехника. Основы теплообмена - Методическое пособие по теплотехнике: ЧТИ ИжГТУ, 2005.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29037. Условия применения свайных фундаментов. Конструктивные решения. Виды свайных фундаментов в зависимости от расположения свай в плане 32 KB
  Условия применения свайных фундаментов. Виды свайных фундаментов в зависимости от расположения свай в плане. В этих условиях чаще всего прибегают к устройству фундаментов из свай. Группы или ряды свай объединённые поверху распределительной плитой или балкой образуют свайный фундамент.
29038. Условия применения свайных фундаментов. Классификация свай по материалу, форме продольного и поперечного сечения 42.5 KB
  Сваи погружаемые в грунт в готовом виде в зависимости от материала из которого они изготовляются подразделяются на железобетонные деревянные стальные и комбинированные. Железобетонные сваи получившие наибольшее распространение в практике строительства подразделяются: по форме поперечного сечения на квадратные квадратные с круглой полостью полые круглого сечения прямоугольные тавровые и двутавровые рис.1; по форме продольного сечения на призматические цилиндрические с наклонными боковыми гранями пирамидальные...
29039. Понятие о висячих сваях и сваях-стойках. Определение несущей способности свай-стоек 28.5 KB
  По характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяются на висячие сваи и сваистойки. К сваямстойкам относятся сваи прорезающие толщу слабых грунтов и опирающиеся на практически несжимаемые скальные или малосжимаемые грунты крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем глины твёрдой консистенции. Сваястойка практически всю нагрузку на грунт передаёт через нижний конец так как при малых вертикальных перемещениях сваи не возникают условия для проявления сил трения на её боковой поверхности рис. Сваястойка работает как сжатый...
29040. Определение несущей способности висячих свай по таблицам СНиП. Понятие о негативном трении и его учёт при определении несущей способности свай 35.5 KB
  Расчёт несущей способности вертикально нагруженных висячих свай производится как правило только по прочности грунта так как по прочности материала сваи она всегда заведомо выше.0385 широко применяемый в практике проектирования и известный под названием практического метода позволяет определять несущую способность сваи по данным геологических изысканий. Метод базируется на обобщении результатов испытаний большого числа обычных и специальных свай вертикальной статической нагрузкой проведенных в различных грунтовых условиях с целью...
29041. Динамический метод определения несущей способности одиночной сваи. Понятие об отказе. Уравнение работ. Контроль за сопротивлением свай при их забивке 28.5 KB
  Динамический метод определения несущей способности одиночной сваи. При молотах ударного действия скорость погружения сваи принято характеризовать величиной её погружения от одного удара называемой отказом сваи. По величине отказа который замеряется при достижении сваей проектной отметки можно судить о её сопротивлении поскольку чем меньше отказ тем очевидно больше несущая способность сваи. Динамический метод и заключается в определении несущей способности сваи по величине её отказа на отметке близкой к проектной.
29042. Определение числа свай в фундаменте. Конструирование ленточных свайных фундаментов 27 KB
  Определение числа свай в фундаменте. Конструирование ленточных свайных фундаментов. Зная несущую способность сваи Fα и принимая что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи фундамента необходимое число свай n на 1 м длины ленточного фундамента определяется по формуле: 1 где γк коэффициент надёжности принимаемый в зависимости от способа определения несущей способности сваи; N01 расчётная нагрузка на 1 м длины ленточного фундамента. Число свай на 1 м найденное по формуле 1 может быть дробным.
29043. Определение числа свай в фундаменте. Конструирование отдельно стоящих свайных фундаментов 22 KB
  Определение числа свай в фундаменте. Конструирование отдельно стоящих свайных фундаментов. Зная несущую способность сваи Fα принимая что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи фундамента необходимое число свай n в кусте определяют по формуле 1 где γк коэффициент надёжности принимаемый от способа определения несущей способности сваи; N01 расчётная нагрузка на куст. Полученное по формуле 1 число свай округляется в сторону увеличения до целого числа.
29044. Договор аренды: понятие, элементы, права и обязанности сторон 125.5 KB
  Договор аренды имущественного найма это соглашениепо которому арендодатель обязуется предоставить арендатору имущество за плату во временное владение и пользование или во временное пользование. Поэтому правовое регулирование аренды обусловлено также платным характером временного пользования. Общие положения об аренде представляют собой нормы которые могут применяться к любым видам договора аренды если иное не установлено правилами об этих договорах ст.
29045. Договор подряда: понятие, элементы, права и обязанности сторон 51.5 KB
  По договору подряда одна сторона подрядчик обязуется выполнить по заданию другой стороны заказчика определенную работу и сдать ее результат заказчику а заказчик обязуется принять результат работы и оплатить его. Особенности данного договора: предметом договора является изготовление или переработка вещи либо выполнение другой работы. Оплачивается результат работы который подлежит передаче заказчику а не процесс; сторонами договора являются: подрядчик физическое или юридическое лицо. Отдельные виды договора подряда: бытовой подряд;...